TY - THES A1 - Lüttig, Julia T1 - Protektiver Effekt von 6-Shogaol, Ellagsäure und Myrrhe auf die intestinale epitheliale Barriere T1 - Protective effect of 6-shogaol, ellagic acid and myrrh on intestinal epithelial barrier N2 - Viele bioaktive Pflanzeninhaltsstoffe bzw. Pflanzenmetabolite besitzen antiinflammatorische Eigenschaften. Diese versprechen ein hohes Potential für den Einsatz in der Phytotherapie bzw. Prävention von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED). Eine intestinale Barrieredysfunktion ist ein typisches Charakteristikum von CED Patienten, die dadurch an akuter Diarrhoe leiden. In dieser Arbeit werden die Pflanzenkomponenten 6-Shogaol, Ellagsäure und Myrrhe an den intestinalen Kolonepithelzellmodellen HT-29/B6 und Caco-2 auf ihr Potential hin, die intestinale Barriere zu stärken bzw. eine Barrieredysfunktion zu verhindern, untersucht. Hauptschwerpunkt der Analysen ist die parazelluläre Barrierefunktion und die Regulation der dafür entscheidenden Proteinfamilie der Tight Junctions (TJs), der Claudine. Die Barrierefunktion wird durch Messung des transepithelialen Widerstands (TER) und der Fluxmessung in der Ussing-Kammer bestimmt. Dazu werden die HT-29/B6- und Caco-2-Monolayer mit den Pflanzenkomponenten (6-Shogaol, Ellagsäure, Myrrhe), dem proinflammatorischen Zytokin TNF-α oder der Kombination von beiden Subsztanzen für 24 oder 48 h behandelt. Außerdem wurden zur weiteren Charakterisierung die Expression sowie die Lokalisation der für die parazelluläre Barriere relevanten Claudine, die TJ-Ultrastruktur und verschiedene Signalwege analysiert. In Caco-2-Monolayern führten Ellagsäure und Myrrhe, nicht aber 6-Shogaol, allein zu einem TER-Anstieg bedingt durch eine verringerte Permeabilität für Natriumionen. Myrrhe verminderte die Expression des Kationenkanal-bildenden TJ-Proteins Claudin-2 über die Inhibierung des PI3K/Akt-Signalweges, während Ellagsäure die Expression der TJ-Proteine Claudin-4 und -7 reduzierte. Alle Pflanzenkomponenten schützten in den Caco-2-Zellen vor einer TNF-α-induzierten Barrieredysfunktion. An den HT-29/B6-Monolayern änderte keine der Pflanzenkomponenten allein die Barrierefunktion. Die HT-29/B6-Zellen reagierten auf TNF-α mit einer deutlichen Verminderung des TER und einer erhöhten Fluoreszein-Permeabilität. Die TER-Abnahme war durch eine PI3K/Akt-vermittelte gesteigerte Claudin-2-Expression sowie eine NFκB-vermittelte Umverteilung des abdichtenden TJ-Proteins Claudin-1 gekennzeichnet. 6-Shogaol konnte den TER-Abfall partiell hemmen sowie die PI3K/Akt-induzierte Claudin-2-Expression und die NFκB-bedingte Claudin-1-Umverteilung verhindern. Ebenso inhibierte Myrrhe, nicht aber Ellagsäure, den TNF-α-induzierten TER-Abfall. Dabei konnte Myrrhe zwar den Claudin-2-Expressionsanstieg und die Claudin-1-Umverteilung unterbinden, jedoch weder die NFκB- noch die PI3K/Akt-Aktivierung hemmen. Diese Arbeit zeigt, dass auch STAT6 an dem Claudin-2-Expressionsanstieg durch TNF-α in HT-29/B6-Zellen beteiligt ist. So wurde durch Myrrhe die TNF-α-induzierte Phosphorylierung von STAT6 und die erhöhte Claudin-2-Expression inhibiert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Pflanzenkomponenten 6-Shogaol, Ellagsäure und Myrrhe mit unterschiedlichen Mechanismen stärkend auf die Barriere einwirken. Zur Behandlung von intestinalen Erkrankungen mit Barrieredysfunktion könnten daher Kombinationspräparate aus verschiedenen Pflanzen effektiver sein als Monopräparate. N2 - Many bioactive phytonutrients or plant metabolites have anti-inflammatory properties promising a high potential as therapeutic application or preventive medicine in inflammatory bowel disease (IBD). An intestinal barrier dysfunction along with diarrhea is a typical characteristic of IBD patients. In this work the plant components 6-shogaol, ellagic acid and myrrh were examined for their potential to strengthen the intestinal barrier or to prevent a barrier dysfunction in two intestinal colonic epithelial cell models: HT-29/B6 and Caco-2. Focusing on paracellular barrier function the protein family of tight junctions (TJs), especially the claudins and their regulation, was studied. The barrier integrity was evaluated measuring transepithelial resistance (TER) and tracer fluxes in the Ussing chamber. Prior to analyses, HT-29/B6 and Caco-2 monolayers were incubated with plant components (6-shogaol, ellagic acid, myrrh) unchallenged or challenged with the pro-inflammatory cytokine TNF-α for 24 or 48 hours. In addition, the expression and localization of the paracellular barrier-relevant claudins, the TJ-ultrastructure and various signaling pathways were analyzed, in order to elucidate underlying mechanisms. In Caco-2 monolayers ellagic acid and myrrh, but not 6-shogaol, increased TER and reduced permeability for sodium ions. The effect of myrrh was accompanied by a reduced expression of the channel forming TJ protein claudin-2 due to the inhibition of the PI3K/Akt signaling pathway, while ellagic acid decreased the expression of claudin-4 and -7 without affecting any of the analyzed signaling pathways. All employed plant components prevented TNF-α-induced barrier dysfunction in Caco-2 cells. In HT-29/B6 monolayers, none of the plant components changed the basal barrier function. Monolayers challenged by TNF-α showed increased fluorescein permeability and reduction in TER accompanied by a PI3K/Akt-mediated increase in claudin-2 expression and a NFκB-mediated redistribution of sealing TJ protein claudin-1 off the TJ. 6-shogaol could partially inhibit the TNF-α-induced TER decrease by inhibiting the PI3K/Akt-mediated claudin-2 expression and the NFκB-mediated claudin-1 redistribution. Likewise, myrrh, but not ellagic acid, prevented the decrease in TER, increase in claudin-2 expression, and claudin-1 redistribution without affecting the signaling pathways NFκB and PI3K/Akt. Instead, the STAT6 pathway was additionally involved in TNF-α-mediated regulation of claudin-2 expression. Thus, myrrh prevented the TNF-α-induced STAT6 phosphorylation as well as the increase in claudin-2 expression. This work demonstrates that the three plant components strengthen the intestinal barrier in different ways. For the treatment of intestinal diseases with barrier dysfunctions, combination preparations of different plant compounds could be more effective than mono preparations. KW - 6-Shogaol KW - Ellagsäure KW - Darmerkrankung KW - Tight Junction KW - Myrrhe KW - Barriere KW - 6-shogaol KW - barrier KW - intesinal disease KW - ellagic acid KW - myrrh KW - tight junction Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-102571 ER - TY - THES A1 - Schlichter, Susanne T1 - Einfluss des Flavonoids Quercetin auf die epitheliale Barrierefunktion der humanen Kolonkarzinom-Zelllinie Caco-2 T1 - The influence of the flavonoid quercetin on the epithelial barrier function in a human colonic carcinoma cell line Caco-2 N2 - Ein hoher Verzehr von Obst und Gemüse scheint das Risiko der Inzidenz verschiedener Erkrankungen zu reduzieren. Es wird vermutet, dass eine Gruppe sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe, die Flavonoide, hierfür verantwortlich sind. Mögliche Effekte auf die intestinale Barrierefunktion dieser Substanzklasse sind jedoch weitgehend ungeklärt. Parazelluläre Eigenschaften epithelialer Zellen werden hauptsächlich durch die Zell-Zell-Kontakte der Tight Junction (TJ) insbesondere durch die Proteine Occludin und die Claudine definiert. Ziel dieser Arbeit war es, die Effekte des am häufigsten vorkommenden Flavonoids Quercetin auf die Barrierefunktion der Kolonkarzinom-Zelllinie Caco-2 zu untersuchen. Hierbei zeigte sich, dass Quercetin konzentrationsabhängig (50-200 µM) den transepithelialen Widerstand erhöhte. Die Wirkung von 200 µM Quercetin war bereits nach 4 h Inkubation erkennbar und erreichte nach 48 h maximale Werte. Der Wirkverlust, welcher nach 72 h Inkubation eintrat, konnte durch eine tägliche Gabe des Flavonoids verhindert werden. Weiterhin zeigte sich, dass der Quercetin-induzierte Widerstandsanstieg durch mukosale oder serosale Zugabe gleichermaßen auslösbar war. Western Blot-Analysen der TJ-Proteine Occludin, Claudin-1, -3, -4 und -7 ergaben, dass der durch Quercetin-induzierte Widerstandsanstieg insbesondere mit einer Zunahme der Expression des abdichtenden TJ-Proteins Claudin-4 einherging. Quercetin erhöhte ebenfalls die mRNA-Expression von Claudin-4 (quantitative RT-PCR) und bewirkte eine Aktivierung des Claudin-4-Promotors (Luciferase-Reportergen-Analysen). Mittels Immunfluoreszenz-Färbungen und Laserscanning-Mikroskopie konnte ein vermehrter Einbau von Claudin-4 in die TJ nachgewiesen werden. Funktionelle Untersuchungen mittels radioaktiven Fluxmessungen zeigten, dass das Flavonoid die parazelluläre Permeabilität für Natrium und Chlorid reduzierte, aber die Durchlässigkeit von Mannitol als parazellulärer Marker unverändert blieb. Wir konnten hiermit erstmals nachweisen, dass Quercetin die Expression des abdichtenden TJ-Proteins Claudin-4 in den TJ-Komplex verstärkte, wodurch die Ionen-Durchlässigkeit für Natrium und Chlorid vermindert wurde. Das führte zu einer Abdichtung der intestinalen Barriere. Dieser direkte Effekte von Quercetin könnte eine neue Möglichkeit für die Behandlung oder Prävention von Diarrhöe-bedingten intestinalen Barrieredefekten darstellen. N2 - High dietary intake of fruits and vegetables is associated with a reduced disease risk. A group of secondary plant compounds, the flavonoids, are supposed to be important in this respect, but there is still limited information about their effects on intestinal barrier function. Paracellular properties of epithelial cells are defined for the most part by the tight junctional complex with the corresponding tight junction (TJ) proteins occludin and the claudin gene family. Therefore, the aim of our study was to elucidate the effects of quercetin, a common flavonoid, on the barrier function of the colonic epithelial cell line Caco-2. Addition of quercetin to the Caco-2 monolayer applied to the mucosal and serosal culture medium increased transepithelial resistance in a concentration-dependent manner (50-200 µM). The effect of 200 µM quercetin was already observable after 4 hours and reached maximal levels after 48 hours. The loss of action after 72 hours was blocked by a daily addition of the flavonoid. The effect of quercetin was not different after mucosal or serosal addition. Western blot analysis of occludin, claudin-1, -3, -4, and -7 revealed that the resistance rise was associated specifically with an elevated expression of the barrier-sealing TJ protein claudin-4. The mRNA expression and the promotor activity of claudin-4 were found increased by the flavonoid using quantitative RT-PCR and luciferase reporter gene assays. Immunofluorescent staining analyzed by confocal laser scanning microscopy primarily revealed a strong increase of claudin-4, localized within the TJ as well as in subjunctional regions. Radioactive tracer fluxes revealed a reduced paracellular permeability of sodium and chloride by quercetin, whereas the permeability of the uncharged solute mannitol was not altered. We demonstrated that the flavonoid quercetin increases the expression of claudin-4 within the tight junctional complex, which caused a decrease of the paracellular permeability for sodium and chloride. This leads to a sealing of the intestinal barrier for ions. Thus, this novel direct effect of quercetin may be utilized for the treatment or prevention of diarrhea-causing intestinal barrier defects in inflammatory bowel diseases. KW - Flavonoid KW - Quercetin KW - Tight Junction KW - Claudin-4 KW - Caco-2 KW - flavonoid KW - quercetin KW - tight junction KW - claudin-4 KW - Caco-2 Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15269 ER -